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Die Erfindung betrifft eine Spannvorrichtung zum Einspannen eines Werkstücks. Dabei weist eine gattungsgemäße Spannvorrichtung ein Gehäuse und mindestens zwei Spannelemente auf, die zum Einspannen des Werkstücks vorgesehen sind. Die Besonderheit gattungsgemäßer Spannvorrichtungen besteht darin, dass zum einen die Spannvorrichtung ein zum Gehäusebetrieb ortsfestes Zentriermittel aufweist, welches eine Zentrierachse definiert und welches ein Einsetzen des Werkstücks in einer zentrierten Ausrichtung gestattet, in der eine Werkzeughauptachse koaxial zur Zentrierachse angeordnet ist. Zum anderen sind die mindestens zwei Spannelemente dafür ausgebildet, das Werkstück in einem Einspannbereich des Werkstücks auch dann unter Beibehaltung der durch das Zentriermittel definierten zentrierten Ausrichtung einspannen zu können, wenn eine durch den Einspannbereich definierte Mittelachse versetzt zur Zentrierachse angeordnet ist.
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Bei der gattungsgemäßen Spannvorrichtung sind die mindestens zwei Spannelemente demnach derart ausgebildet, dass sie auch bei einer exzentrischen Anordnung des Spannbereichs ein zentriertes Einspannen des Werkstücks gestatten. Eine solche exzentrische Außenform des Spannbereichs kann sich beispielsweise aufgrund von Herstellungstoleranzen an dem bezüglich seiner Außenfläche noch nicht fertig bearbeiteten Werkstück ergeben. Wenn eine solche Situation gegeben ist, dann sind herkömmliche Spannvorrichtungen zum Einspannen eines solchen Werkstücks nicht gut geeignet, bei denen die Spannelemente in ihrer Gesamtheit und somit auch die Anlageflächen zur Anlage an das Werkstück stets gleich beabstandet zur Zentrierachse sind, da diese zwangsläufig das Werkstück aus seiner zentrierten Ausrichtung herausdrücken oder verbiegen würden.
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Bekannte Lösungen hierfür sehen beispielsweise lageflexible Anordnungen der Gesamtheit der Spannelemente vor. Diese können somit gemeinsam gegenüber der Zentrierachse verlagert werden, so dass sie gegenüber einer von der Zentrierachse beabstandeten Werkstückachse radial beweglich sind. Eine solche Gestaltung führt jedoch auch dazu, dass die Spannelemente als Ganzes gleichgerichtet exzentrisch gegenüber der Drehachse der Spannvorrichtung angeordnet sind, welche mit der Zentrierachse identisch ist. Sie bewirken somit eine erhebliche Unwucht im Betrieb und hiermit verbunden eine Beschränkung der maximalen Drehzahl. Weiterhin sind zusätzliche Kupplungen nötig, um das in die Spannvorrichtung an deren Drehachse eingebrachte Drehmoment in die demgegenüber als Ganzes axial versetzten Spannelemente einzuleiten. Hierfür eignet sich beispielsweise eine Oldham-Kupplung, wobei diese das Problem der exzentrischen und die Drehzahl beschränkenden Masse noch erhöht.
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Aufgabe und Lösung
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Spannvorrichtung für den rotativen Betrieb zur Verfügung zu stellen, die bei nur geringer Unwucht und einfachem Aufbau das Einspannen eines Werkstücks an einem exzentrisch zur Zentrierachse ausgerichteten Spannbereich des Werkstücks gestattet.
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Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass die mindestens zwei Spannelemente jeweils ein Primärsegment und jeweils mindestens ein Sekundärsegment aufweisen. Dabei sind die Primärsegmente aller Spannelemente bezogen auf die Zentrierachse radial gegenüber dem Gehäuse beweglich, wobei diese Radialbewegungen der Primärsegmente miteinander zwangsgekoppelt sind. Weiterhin sind dabei erfindungsgemäß die Sekundärsegmente bezogen auf die Zentrierachse gegenüber ihrem jeweiligen Primärsegment radial beweglich, wobei die Radialbewegungen der Primärsegmente unabhängig voneinander sind.
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Erfindungsgemäß ist somit eine Spannvorrichtung vorgesehen, die zunächst die genannten gattungsgemäßen Komponenten aufweist. Zu diesen gehört ein Gehäuse, welches um eine Drehachse, die der genannten Zentrierachse entspricht, drehbeweglich ist. Es kann zu diesem Zweck auf bekannt Art drehbeweglich an einer Bearbeitungsmaschine befestigt werden. Ortsfest zu diesem Gehäuse ist ein Zentriermittel vorgesehen, wobei dieses Zentriermittel im Zuge des Rüstens der Spannvorrichtung auch verlagerbar gestaltet sein kann. Im Betrieb ist es jedoch ortsfest zum Gehäuse angeordnet. Dieses Zentriermittel ist dafür ausgebildet, das zentrierte Einfügen des Werkstücks zu gestatten. Insbesondere eignet sich hierfür eine Zentrierspitze oder ein Zentrierkonus. Weiterhin verfügt die Spannvorrichtung entsprechend bekannten Spannvorrichtungen über mindestens zwei radial verlagerbare Spannelemente. Bevorzugt wird eine Zahl von mehr als zwei Spannelementen, insbesondere von drei oder vier Spannelementen. Diese Spannelemente sind radial beweglich, um eine Einspannbewegung bzw. eine radiale Kraftbeaufschlagung des Werkstücks zu erzielen.
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Die Besonderheit gemäß der vorliegenden Erfindung liegt darin, dass die Spannelemente nicht entsprechend dem Stand der Technik ausschließlich als Ganzes gegenüber der Zentrierachse oder der Mittelachse des Einspannbereichs radial verlagerbar sind, sondern für eine verbesserte Möglichkeit des Einspannens jeweils mindestens zweiteilig ausgebildet sind. Sie verfügen jeweils über ein Primärsegment und mindestens ein Sekundärsegment. Die Primärsegmente sind in an sich bekannter Weise radial zur Zentrierachse und damit zu einer zur Mittelachse des Spannbereichs des Werkstücks möglicherweise exzentrischen Achse verlagerbar. Diese Verlagerbarkeit der Primärsegmente muss keine rein radiale Verlagerbarkeit sein, wie nachfolgend noch erläutert wird, sondern ist vorzugsweise eine überlagerte Axial-/Radialverlagerung. Die mindestens zwei Primärsegmente sind miteinander wirkgekoppelt, so dass sie sich stets in gleichem Maße radial auf die Zentrierachse zu bewegen oder von der Zentrierachse wegbewegen. Vorzugsweise wird dies dadurch erzielt, dass die Primärsegmente gemeinsam und im gleichen Maße axial bewegt werden und dabei aufgrund von Keilflächen der Spannvorrichtung ebenso gleichermaßen radial bewegt werden.
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Um dennoch ein bezogen auf die Zentrierachse zentriertes Einspannen des Werkstücks im Bereich des gegenüber der Zentrierachse versetzten Spannbereichs zu erzielen, sind die Sekundärsegmente vorgesehen, die zwischen den Primärsegmenten und dem Werkstück angeordnet sind. Diese Sekundärsegmente sind die Träger der Anlageflächen, welche unmittelbar in Kontakt mit dem Werkstück gelangen. Anders als die Primärsegmente sind die Sekundärsegmente voneinander unabhängig in der Bewegung, so dass sie den Versatz der Oberfläche des Spannbereichs des Werkstücks gegenüber der Zentrierachse kompensieren können. Sie können sich in unterschiedlichen Radialstellungen an der Außenseite des Einspannbereichs des Werkstücks anlegen. Wenn sie dies getan haben, kann dennoch in bekannter Weise durch gemeinsame Radialverlagerung der Primärsegmente die gewünschte Spannkraft erzeugt werden, die dann nach Kompensation der Exzentrizität durch die Sekundärsegmente in gleichem Maße in das Werkstück eingeleitet wird.
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Obwohl grundsätzlich denkbar ist, dass die Primärsegmente in Art von Spannbacken rein radial bewegt werden, wird es als vorteilhaft angesehen, wenn die Primärsegmente gegenüber einer Spannhülse der Spannvorrichtung, die gehäusefest oder axial gegenüber dem Gehäuse beweglich ausgebildet sein kann, derart geführt sind, dass sie entlang eines radial und axial erstreckten Primärsegment-Bewegungspfades beweglich sind. Dies kann auf die aus dem Stand der Technik allgemein bekannte herkömmliche Art und Weise geschehen, indem zueinander korrespondierende Keilflächen an der Spannhülse einerseits und den Primärsegmenten andererseits vorgesehen sind. Der radial und axial erstreckte Primärsegment-Bewegungspfad gestattet es, durch eine axial bewirkte Betätigung die radiale Verlagerung der Primärsegmente zu erzwingen.
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Grundsätzlich kann der Primärsegment-Bewegungspfad eine nicht geradlinige Form aufweisen. Derartiges kann beispielsweise erzielt werden, indem die Primärsegmente an der Spannhülse mittels um Tangentialachsen erstreckter Hebel beweglich ist. Als vorteilhaft wird jedoch ein geradliniger Primärsegment-Bewegungspfad angesehen, insbesondere da dieser in einfacher Art und Weise dadurch realisierbar ist, dass an einer Innenseite der Spannhülse und an einer Außenseite der Primärsegmente gegenüber der Zentrierachse angestellte Gleitflächen vorgesehen sind.
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Im Hinblick auf die Sekundärsegmente wird es als vorteilhaft angesehen, wenn auch diese relativ zu den Primärsegmenten entlang eines radial und axial erstreckten Sekundärsegment-Bewegungspfades beweglich sind. Auch hier sind sowohl geradlinige als auch hiervon abweichende Bewegungspfade möglich. Ein geradliniger Pfad lässt sich hier wiederum vorteilhaft dadurch erzeugen, dass an einer Innenseite der Primärsegmente und an einer Außenseite der Sekundärsegmente gegenüber der Zentrierachse angestellte Gleitflächen vorgesehen sind. Ein gekrümmter Sekundärsegment-Bewegungspfad ist dadurch erzielbar, dass die Sekundärsegmente schwenkbeweglich an ihrem jeweiligen Primärsegment angelenkt sind.
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Im Hinblick auf die Relativbeweglichkeit der Sekundärsegmente gegenüber den jeweiligen Primärsegmenten ist die überlagerte Axial-Radial-Bewegung von besonderem Vorteil, da sie die nachfolgend beschriebene vorteilhafte Möglichkeit zur Erzeugung der Spannbewegung der Sekundärsegmente ermöglicht. So ist es von Vorteil, wenn jedem Sekundärsegment ein Federelement zugeordnet ist, durch welches das Sekundärsegment radial nach innen kraftbeaufschlagt wird. Hierbei ist es in Folge des von der reinen Radialrichtung abweichenden Sekundärsegment-Bewegungspfades möglich, dass das Federelement derart angeordnet ist, dass es eine Kraftbeaufschlagung des Sekundärelements mit einer axialen Richtungskomponente bewirkt, die aufgrund der Ausrichtung des genannten Sekundärsegment-Bewegungspfades mittelbar die Kraftbeaufschlagung / Verlagerung des Sekundärsegments radial nach innen verursacht und somit den Anlege-/Spannvorgang zulässt. Die axiale Kraftbeaufschlagung des Sekundärelements ist auch gerade dann von Vorteil, wenn durch ein axial verschiebliches Betätigungsglied die Radialverlagerung der Sekundärsegmente erzielt werden soll.
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Grundsätzlich kann die Feder sich an ihrer dem Sekundärsegment abgewandten Seite an einer beliebigen Gegenfläche der Spannvorrichtung abstützen. Von besonderem Vorteil ist nicht zuletzt auch im Hinblick auf eine einfache Montage eine Anordnung des Federelements, bei der dieses sich einerseits an Sekundärsegment und andererseits an dessen Primärsegment, an dem das Sekundärsegment geführt ist, abstützt.
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Der Zweck der genannten Federelemente liegt darin, durch insbesondere axiale Kraftbeaufschlagung des Sekundärsegments gegenüber dem Primärsegment in Verbindung mit einer zwischen Primärsegment und Sekundärsegment vorgesehenen axial/radial-ausgerichteten Zwangskopplung die radiale Verlagerung der Sekundärsegmente zu bewirken. Bei passend angepasstem Bewegungspfad kann erreicht werden, dass die umgekehrte Wirkrichtung durch Selbsthemmung nicht gegeben ist. In einem solchen Falle kann also eine radial nach außen gerichtete Kraftbeaufschlagung des Sekundärsegments somit keine Kompression des Federelements bewirken, da stattdessen diese radial nach außen gerichtete Kraft vom Sekundärsegment einzig in das zugeordnete Primärsegment eingeleitet wird. Die Federelemente müssen demnach nicht die Aufgabe übernehmen, den durch sie zusammen mit den Sekundärsegmenten hergestellten Kontaktzustand zwischen Sekundärsegmenten und Werkstück auch im Betrieb aufrecht zu erhalten.
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In für sich genommen bekannter Art und Weise wird es als vorteilhaft angesehen, wenn die Spannvorrichtung über ein gegenüber dem Gehäuse axial verschiebliches Betätigungsglied verfügt, welches derart mit den Primärsegmenten wirkgekoppelt ist, dass durch eine axiale Verlagerung des Betätigungsgliedes die Primärsegmente axial kraftbeaufschlagbar sind, um hierdurch eine radiale Spannkraft zu bewirken.
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Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung kann das genannte Betätigungsglied jedoch eine Doppelfunktion übernehmen, indem es darüber hinaus derart mit den Sekundärsegmenten wirkgekoppelt ist, dass durch eine axiale Bewegung des Betätigungsgliedes die Sekundärsegmente axial gegenüber ihrem jeweiligen Primärsegment verlagert werden oder verlagerbar sind.
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Das Betätigungsglied kann gemäß dieser Weiterbildung somit durch die genannte Wirkkopplung jenseits der ohnehin gegebenen Möglichkeit, die Sekundärsegmente gemeinsam mit den Primärsegmenten zu verlagern, isoliert Einfluss auf die Relativlage der Sekundärsegmente gegenüber den Primärsegmenten nehmen. Dies gestattet es, mit nur einem einzigen Betätigungsglied sowohl die Lage der Primärsegmente gegenüber der Spannhülse als auch die Lage der Sekundärsegmente gegenüber den Primärsegmenten zu steuern. Die Wirkkopplung kann sich dabei zumindest im Hinblick auf eine Bewegungsrichtung des Betätigungsgliedes darauf beschränken, dass durch ein Beabstanden des Betätigungsgliedes von den Sekundärsegmenten diese unter Einwirkung der Kraft des Federmittels nachrücken können.
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Die beiden genannten Wirkkopplungen, also die Wirkkopplung zwischen dem Betätigungsglied und den Primärsegmenten einerseits und die Wirkkopplung zwischen dem Betätigungsglied und den Sekundärsegmenten andererseits, finden vorzugsweise zeitlich nacheinander statt. Hierfür sind sie vorzugsweise in folgender Weise aufeinander abgestimmt. Wenn das Betätigungsglied aus einer Freigabeendlage axial in Richtung einer entgegengesetzten Spannendlage bewegt wird, führt dies zunächst zu einer Verlagerung oder der Herstellung einer Verlagerbarkeit der Sekundärsegmente gegenüber den Primärsegmenten, die zumindest auch radial stattfindet. Erst anschließend kommt es zur Wirkkopplung mit den Primärsegmenten, durch die eine radial nach innen wirkende Spannkraft bewirkt wird, welche mittels der Sekundärsegmente auf das Werkstück übertragen wird.
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Bezogen auf die umgekehrte Wirkrichtung sind die Wirkkopplungen vorzugsweise dahingehend aufeinander abgestimmt, dass bei einer solchen Bewegung ausgehend von der Spannendlage in die entgegengesetzte Freigabeendlage zunächst eine Verlagerung oder Verlagerbarkeit der Sekundärsegmente gegenüber ihrem jeweiligen Primärsegment radial nach außen stattfindet und erst anschließend eine Kraftbeaufschlagung der Primärsegmente zur Erzeugung einer radialen Bewegung derselben nach außen bewirkt wird. Somit lösen sich bestimmungsgemäß zunächst die Sekundärsegmente vom Werkstück, während die Primärsegmente nicht bewegt werden.
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Die erstgenannte Wirkkopplung zwischen dem Betätigungsglied und den Primärsegmenten wird vorzugsweise durch unmittelbaren Formschluss bewirkt. Allerdings ist dieser Formschluss vorzugsweise axial spielbehaftet, um in oben skizzierter Weise bei einer Betätigung des Betätigungsgliedes in Richtung der Spannendlage zunächst nur die Wirkkopplung zwischen dem Betätigungsglied und den Sekundärsegmenten zu nutzen.
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Die Wirkkopplung zwischen dem Betätigungsglied und den Sekundärsegmenten kann ebenfalls durch unmittelbaren Formschluss bzw. unmittelbaren Berührkontakt zwischen dem Betätigungsglied einerseits und dem jeweiligen Sekundärsegment oder einem hierzu ortsfesten Betätigungsfortsatz andererseits erzielt werden.
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Wenn jedoch vorgesehen ist, dass die Sekundärsegmente zur Erzeugung des Berührkontaktes mit dem Werkstück entgegen der Spannrichtung des Betätigungsgliedes zu bewegen sind, kann es von Vorteil sein, ein Umsetzungsgetriebe vorzusehen, welches eine Richtungsumkehr bewirkt, durch die die axiale Verlagerung des Sekundärsegments gegenüber seinem Primärsegment der Verlagerung des Betätigungsgliedes gegenüber diesem Primärsegment entgegengerichtet ist.
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Die oben genannten Bewegungspfade, also der Primärsegment-Bewegungspfad des Primärsegments relativ zur Spannhülse und der Sekundärsegment-Bewegungspfad des Sekundärsegments relativ zum Primärsegment, können in oben erläuterter Weise geradlinig oder gekrümmt sein. Unabhängig von der Ausprägung dieser Bewegungspfade bieten sich zwei Möglichkeiten der Abstimmung aufeinander an, die sich im Falle gekrümmter Bewegungspfade auf jene Situation beziehen, in der das Werkstück eingespannt ist. Gemäß einer ersten Möglichkeit sind der Primärsegment-Bewegungspfad und der Sekundärsegment-Bewegungspfad mit einer gleichgerichteten Steigerung gegenüber der Zentrierachse ausgebildet. Dies bedeutet, dass sowohl eine Verlagerung der Primärsegmente gegenüber der Spannhülse in einer gegebenen Axialrichtung als auch die Verlagerung der Sekundärsegmente gegenüber den Primärsegmenten in der gleichen Axialrichtung jeweils eine radial gleichgerichtete Bewegung des Primärsegments bzw. Sekundärsegments bewirkt. Alternativ hierzu kann jedoch auch eine gegengerichtete Steigung vorgesehen sein, bei der demzufolge eine axiale Verlagerung des Primärsegments gegenüber der Spannhülse und eine in entgegengesetzte Richtung bewirkte axiale Bewegung des Sekundärsegments gegenüber dem Primärsegment jeweils gleichgerichtete radiale Bewegungen des Primärsegments bzw. des Sekundärsegments verursachen.
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Im Falle einer gleichgerichteten Steigung der Bewegungspfade wird es als vorteilhaft angesehen, wenn der Betrag des durch den Primärsegment-Bewegungspfad und die Zentrierachse eingeschlossenen Winkels größer ist als der Betrag des durch den Sekundärsegment-Bewegungspfad und die Zentrierachse eingeschlossenen Winkels.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Weitere Aspekte und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus drei Ausführungsbeispielen der Erfindung, die nachfolgend anhand der Figuren erläutert sind. Dabei zeigen:
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1a bis 1d einen Spannvorgang mit einem ersten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Spannvorrichtung,
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2a bis 2d einen Spannvorgang mit einem zweiten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Spannvorrichtung,
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3a bis 3d einen Spannvorgang mit einem dritten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Spannvorrichtung.
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Detaillierte Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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Die 1a bis 1d zeigen eine erste erfindungsgemäße Spannvorrichtung 100, die zum Festspannen eines Werkstücks 190 verwendet wird, um dieses zum Zwecke der Bearbeitung rotativ bewegen zu können. Diese Spannvorrichtung ist stark schematisiert dargestellt, um die erfindungswesentlichen Aspekte zu verdeutlichen.
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Die im Betrieb um eine Drehachse 102 drehbare Spannvorrichtung 100 umfasst Bezug nehmend auf 1a eine Spannhülse 110, die vorliegend das Gehäuse der Spannvorrichtung repräsentiert. Grundsätzlich ist jedoch auch eine Gestaltung denkbar, bei der die Spannhülse selbst in einer Axialrichtung gegenüber einem Gehäuse verlagerbar ist, um hierdurch die gewünschte und im weiteren beschriebene Relativbewegung zu den Spannelementen zu erzeugen. Innenseitig der Spannhülse 110 ist zentrisch eine Zentrierspitze 118 vorgesehen, der ortsfest zum Gehäuse und somit bei dieser Ausgestaltung zur Spannhülse 110 angeordnet ist und fluchtend mit der Drehachse 102 ausgerichtet ist. Diese Zentrierspitze 118 dient der Zentrierung eines Werkzeugs 190, welches hierfür stirnseitig eine zentrische Ausnehmung aufweist, die in den Darstellungen nicht abgebildet ist, aus dem Stand der Technik jedoch hinlänglich bekannt ist.
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Zum Festspannen des Werkstücks 190 sind mehrere Spannelemente 120 vorgesehen, wobei die schematischen Darstellungen jeweils zwei solche Spannelemente 120 auf gegenüberliegenden Seiten der Zentrierachse 102 zeigen. In der Praxis wird eine Zahl von drei oder vier Spannelementen 120 als vorteilhaft angesehen. Diese Spannelemente 120 sind jeweils zweiteilig ausgebildet. Sie verfügen jeweils über ein in Anlage mit der Spannhülse 110 befindliches Primärsegment 130 sowie ein darin eingesetztes Sekundärsegment 140. Der Zweck und die Funktionsweise dessen werden im Weiteren noch erläutert. Eine jeweilige Außenseite 122 der jeweiligen Primärsegmente 130 ist als Gleitfläche 132 ausgebildet und liegt an einer korrespondierenden Gleitfläche 112 der Spannhülse 110 an. Die Gleitflächen 112, 132 definieren gemeinsam einen Primärsegment-Bewegungspfad 170, entlang dessen das Primärsegment gegenüber der Spannhülse beweglich ist.
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Die mehreren Primärsegmente 130 werden durch miteinander nicht fest verbundene Teile gebildet, welche jedoch axial lediglich gemeinsam verlagerbar sind. Vorzugsweise sind die Primärsegmente 130 miteinander durch elastisch verformbare Zwischenglieder verbunden, die zu einer axialen Fixierung aneinander bei gleichzeitiger radialer Relativbeweglichkeit führen. An der Innenseite der Primärsegmente 130 sind ebenfalls Gleitflächen 134 vorgesehen, die in geringerem Winkel als die äußeren Gleitflächen 132 gegenüber der Zentrierachse 102 angestellt sind. An diesen liegen gleitbeweglich die jeweiligen Primärsegmente 140 an, an deren Außenseite ebenfalls korrespondierende Gleitflächen 142 vorgesehen sind. Die Gleitflächen 134, 142 definieren gemeinsam einen Sekundärsegment-Bewegungspfad, entlang dessen das Sekundärsegment gegenüber dem Primärsegment beweglich ist. Vorzugsweise ist zu diesem Zweck eine nicht dargestellte Führung, wie beispielsweise eine Schwalbenschwanz-Führung oder dergleichen, vorgesehen.
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Die angestellten Gleitflächen 112, 132, 134, 142 bewirken, dass eine Kraftbeaufschlagung bzw. Verlagerung der Primärsegmente 130 gegenüber der Spannhülse 110 bzw. der Sekundärsegmente 140 gegenüber den Primärsegmenten 130 bezogen auf 1a nach rechts jeweils eine Verlagerung bzw. Kraftbeaufschlagung der jeweiligen Segmente radial nach innen bewirkt.
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Zwischen den Primärsegmenten 130 und ihren jeweiligen Sekundärsegmenten 140 sind jeweils Druckfedern 144 angeordnet, durch die die Sekundärsegmente 140 nach links und damit radial nach innen kraftbeaufschlagt werden.
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Zur Steuerung der Bewegung der Segmente 130, 140 ist ein gemeinsames Betätigungsglied 150 vorgesehen, welches rein axial beweglich ist. Dieses kann in nachfolgend noch erläuterter Weise mit den Primärsegmenten 130 sowie den Sekundärsegmenten 140 wechselwirken.
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Die Spannvorrichtung 100 ist insbesondere dafür ausgebildet, Werkstücke 190 einspannen zu können, die in einem Spannbereich 194 eine Außenformgebung aufweisen, die nicht zur Zentrierachse 102 konzentrisch ist. Im einfachsten und in 1a dargestellten Fall ist eine Mittelachse 192 des Werkstücks 190 gegenüber der Zentrierachse 102 versetzt. Es kommen jedoch gleichermaßen auch andere Formfehler im Spannbereich 194 des Werkstücks 190 in Betracht.
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Die dargestellte Spanneinrichtung 100 ist in der Lage, trotz solcher Fehler einen einwandfreien Spannvorgang zu realisieren, da die Sekundärsegmente 140 in Axialrichtung und somit auch in Radialrichtung nicht miteinander zwangsgekoppelt sind. Im Einzelnen ergibt sich folgender Ablauf bei einem Spannvorgang mit der Spannvorrichtung der 1a bis 1d.
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1a zeigt den geöffneten Zustand, in welchem das Werkstück 190 eingeschoben und an der Zentrierspitze 118 ausgerichtet werden kann. Trotz der axialen und somit mittelbar radialen Kraftbeaufschlagung der Sekundärsegmente 140 nach innen durch die Druckfeder 144 bleibt der geöffnete Zustand aufrechterhalten, da die Sekundärsegmente 140 im Bereich von Betätigungsabschnitten 146 am Betätigungsglied 150 anliegen und daher nicht nach links ausweichen können.
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Sobald das Werkstück 190 zentriert eingefügt wurde, wird begonnen, das Betätigungsglied 150 bezogen auf 1a nach links axial zu verlagern. Diese Verlagerung führt aufgrund des Spiels 160 zunächst nicht zu einer Verlagerung oder Kraftbeaufschlagung der Primärsegmente 130. Sie führt allerdings unmittelbar zu einer Verlagerung der Sekundärsegmente 140, da diese durch die Druckfedern 144 bezogen auf 1a nach links gedrückt werden und dabei dem zurückfahrenden Betätigungsglied 150 folgen.
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1b zeigt einen ersten Zwischenzustand. In diesem Zwischenzustand hat das in den Figuren obere der beiden Sekundärsegmente 140 infolge seiner überlagerten axialen und radialen Bewegung einen Anlagezustand am Werkstück 190 erreicht. Eine fortgesetzte Bewegung dieses oberen Sekundärsegments 140 ist dann nicht mehr möglich.
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Dies führt dazu, dass in der 1c entnehmbaren Weise bei fortgesetzter Bewegung des Betätigungsgliedes 150 eine Trennung zwischen dem Betätigungsfortsatz 146 des oberen Sekundärsegments 140 und dem Betätigungsglied 150 stattfindet. Derweil wird das untere der Sekundärsegmente 140 weiter in Axialrichtung nach links und somit auch radial verlagert, da es im Zwischenzustand der 1b noch nicht zur Anlage am Werkstück 190 gelangt war. Der in 1c dargestellte Zustand zeigt jedoch einen Zwischenzustand, in dem nun auch das untere Sekundärsegment 140 in Anlage am Werkstück 190 gelangt ist.
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Eine fortgesetzte Bewegung des Betätigungsgliedes 150 führt in der 1d entnehmbaren Weise somit zu keiner Relativverlagerung der Sekundärsegmente 140 mehr, bis sich der Zustand der 1d einstellt, in dem ein Betätigungsflansch 152 des Betätigungsgliedes 150 an einer Spannfläche 136 der Primärsegmente 130 zur Anlage kommt. Wenn ausgehend von diesem Zustand der 1d die Bewegung des Betätigungsgliedes 150 nach links fortgesetzt wird, so führt dies zum kraftschlüssigen Einspannen des Werkstücks. Über die Sekundärsegmente 140 wirkt die radial nach innen weisende Spannkraft der Primärsegmente 130 auf das Werkstück 190. Ein Ausweichen der Sekundärsegmente 140 nach rechts ist hierbei nicht möglich, da der durch die Gleitflächen 134, 142 definierte Sekundärsegment-Bewegungspfad 172 einen derart geringen Winkel α mit der Zentrierachse 102 einschließt, dass sich hier Selbsthemmung einstellt. Der Spannvorgang hat somit auch keine Auswirkungen auf die Federn 144. Deren Funktion ist erfüllt, sobald sich der Zustand der 1c eingestellt hat.
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Der entgegengesetzte Entspannvorgang läuft wie folgt vonstatten: Ausgehend vom Zustand der 1d wird das Betätigungsglied 150 bezogen auf die 1a bis 1d nach rechts verlagert. Dies führt erst dann zu einer Auswirkung auf die Sekundärsegmente 140, sobald das Betätigungsglied 150 im Berührkontakt mit dem ersten der Betätigungsfortsätze 146 gelangt. Die dann fortgesetzte Bewegung des Betätigungsglieds 150 führen zu einer Axialverlagerung mit damit einhergehender Radialverlagerung nach außen bei dem betreffenden Sekundärsegment 140. Eine nicht gewünschte Verlagerung der Primärsegmente und Sekundärsegmente gemeinsam nach rechts wird durch Stopperstifte 160 bewirkt, die an der Gleitfläche 112 der Spannhülse 110 vorgesehen sind und die Bewegungsfreiheit der Primärsegmente 130 in axialer Richtung nach rechts limitieren. Mit fortgesetzter Bewegung des Betätigungsgliedes 150 nach rechts kommen nacheinander alle Sekundärsegmente 140 aus ihrem Spannungszustand heraus und werden gegen die Kraft der jeweiligen Druckfeder 144 nach rechts verlagert. Es stellt sich der Zustand der 1a wieder ein, von dem ausgehend das Werkstück 190 aus der Spannvorrichtung 100 entnommen werden kann.
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Die 2a bis 2d zeigen eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Spannvorrichtung 200. Diese weist als wesentlichen Unterschied auf, dass die Bewegungspfade 270, 272 der Primärsegmente 230 bzw. der Sekundärsegmente 240 gegenläufig gegenüber der Zentrierachse 202 angestellt sind. Daher bedarf es für jedes sekundäre Segment 240 eines Umlenkgetriebes 262, welches über eine Getriebestift 264 und einen schwenkbeweglichen Umlenkhebel 266 verfügt. Dieses ist in der Lage, die Bewegung des Betätigungsgliedes 250 nach links dahingehend umzusetzen, dass die Sekundärsegmente 240 kraftbeaufschlagt durch die Druckfedern 244 nach rechts verlagert werden können.
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Der Spannvorgang stellt sich im Hinblick auf die Ausgestaltung der 2a bis 2d wie folgt dar: Ausgehend vom geöffneten Zustand der 2a erfolgt wiederum die Einfügung des Werkstücks 290, dessen Mittelachse 292 in einem Spannbereich 294 exzentrisch zur Dreh- und Zentrierachse 202 der Spannvorrichtung 200 erstreckt ist. Ausgehend von dem Zustand der 2a erfolgt das Spannen durch eine Verlagerung des Betätigungsgliedes 250 nach links. Durch die Verlagerung des Betätigungsgliedes 250 nach links wird bewirkt, dass unter Einwirkung der Druckfedern 244 die Sekundärsegmente 240 nach rechts verlagert werden können, da die Getriebestifte 264 nach links dem Betätigungsglied 250 folgend nachrücken können. Im Zustand der 2b gelangt das erste der Sekundärsegmente 240 in Anlage mit dem Werkstück 290, so dass, wie in 2c ersichtlich, eine fortgesetzte Bewegung des Betätigungsgliedes 250 nach links keine weitere Bewegung des unteren der beiden Sekundärsegmente 240 verursacht. Die Bewegung des oberen der beiden Sekundärsegmente 240 wird jedoch bis zum Zustand der 2c fortgesetzt. In diesem Zwischenzustand liegt nun auch das zweite Sekundärsegment 240 am Werkstück 290 an. Die fortgesetzte Verlagerung des Betätigungsgliedes 250 nach links hat keine Auswirkungen, bis der Zustand der 2d erreicht ist. Sobald dieser Zustand erreicht ist, kommt es zu einer Kraftübertragung vom Betätigungsglied 250 auf die Primärsegmente 230, wodurch diese aufgrund der Gleitflächen 232, 212 einen radialen Spannungszustand am Werkstück 290 verursachen.
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Die Verwendung linear radial/axial-geführter Sekundärsegmente ist nicht alternativlos. Die 3a bis 3d zeigen eine Ausgestaltung, bei der die Sekundärsegmente 340 als um tangential ausgerichtete Schwenkachsen schwenkbar an den Primärsegmenten 330 angelenkte Teile ausgebildet sind. Die Funktionsweise entspricht hier im Wesentlichen der des Ausführungsbeispiels der 1a bis 1d. Durch Verlagerung des Betätigungsgliedes 350 ausgehend vom geöffneten Zustand der Spannvorrichtung 300, die in 3a dargestellt ist, werden die Sekundärsegmente 340, die durch Federn 344 kraftbeaufschlagt werden, verschwenkt, bis das erste der Sekundärsegmente 340 zur Anlage am Werkstück 390 kommt. Dies ist in 3b dargestellt. Nachdem, wie in 3c dargestellt ist, im Weiteren alle Sekundärsegmente 340 in Anlage gelangt sind, führt eine fortgesetzte Bewegung des Betätigungsgliedes 350 zu keiner weiteren Relativverlagerung der Sekundärsegmente 340 gegenüber ihrem jeweiligen Primärsegment 330. Erst wenn der Zustand der 3d erreicht ist, in welchem das Betätigungsglied 350 in Anlage mit den Primärsegmenten 340 kommt, führt die fortgesetzte Bewegung des Betätigungsgliedes 350 nach links in der zu den vorherigen Ausführungsbeispielen bereits beschriebenen Art zur Herstellung des gewünschten Spannungszustandes.
